ES2305534T3 - MESOPOROUS GLASS AS NUCLEANT FOR MOLECULAR CRSTALIZATION. - Google Patents
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Abstract
Description
Vidrio mesoporoso como nucleante para la cristalización macromolecular.Mesoporous glass as a nucleant for macromolecular crystallization.
La presente invención se refiere al uso de un nuevo nucleante en la cristalización de macromoléculas y a métodos de cristalizar macromoléculas como, por ejemplo, proteínas, usando el nuevo nucleante.The present invention relates to the use of a new nucleant in the crystallization of macromolecules and methods of crystallizing macromolecules such as proteins, using The new nucleant.
Hasta la fecha, la nucleación de vidrios ha sido facilitada principalmente por siembra, epitaxia, superficies cargadas o medios mecánicos (Stura, E.A. In Protein crystallization: techniques, strategies, and tips. (ed Bergfors, T.M.) (InternationalUniversity Line, La Jolla; 1999); McPherson, A. & Shlichta, P. Science 239, 385-387 (1988); Sanjoh,A. & Tsukihara, T. J. Cryst. Growth 196, 691-702 (1999); Sanjoh, A., Tsukihara, T. y Gorti, S. J. Crystal Growth232 618-628 (2001); Visuri, K. et al. Bio/Technology 8,547-549 (1990)). La nucleación de vidrios es el primer paso necesario en el proceso de cristalización y su influencia en este proceso es decisiva. Consecuentemente, la habilidad de controlarlo tiene una importancia crucial en los experimentos de cristalización. La nucleación presenta una barrera de energía libre que debe ser superada de un modo particular, diferente de las condiciones de sobresaturación que posteriormente hacen del crecimiento de vidrio un proceso energéticamente favorable (Feher, G. & Kam, Z. Methods Enzymol. 114, 77-112 (1985)). La formación de núcleos en el grueso de una solución es un proceso estocástico en el que las moléculas de proteínas interactúan hasta formar un agregado de tamaño crítico. Cualquier entorno que favorezca una mayor concentración local de macromoléculas proporcionará un potencial punto de nucleación y podrá reducir la barrera energética para la nucleación.To date, the nucleation of glass has been facilitated mainly by planting, epitaxy, loaded surfaces or mechanical means (Stura, EA In Protein crystallization: techniques, strategies, and tips. (Ed Bergfors, TM) (International University Line, La Jolla; 1999); McPherson, A. & Shlichta, P. Science 239, 385-387 (1988); Sanjoh, A. & Tsukihara, TJ Cryst. Growth 196, 691-702 (1999); Sanjoh, A., Tsukihara, T .and Gorti, SJ Crystal Growth232 618-628 (2001); Visuri, K. et al . Bio / Technology 8,547-549 (1990)). Glass nucleation is the first necessary step in the crystallization process and its influence in this process is decisive. Consequently, the ability to control it is of crucial importance in crystallization experiments. Nucleation presents a free energy barrier that must be overcome in a particular way, different from the supersaturation conditions that subsequently make glass growth an energy-efficient process (Feher, G. & Kam, Z. Methods Enzymol. 114, 77 -112 (1985)). The formation of nuclei in the bulk of a solution is a stochastic process in which protein molecules interact to form an aggregate of critical size. Any environment that favors a higher local concentration of macromolecules will provide a potential nucleation point and may reduce the energy barrier to nucleation.
Proyectos piloto de genómica estructural muestran un índice de éxito de alrededor del 10% en pasar de réplica a estructura. Se ha descubierto que la etapa que limita este índice es la producción de vidrios apropiados para cristalografía con rayos X (p. ej. the Human Proteome Structural Genomics pilot project; Brookhaven National Laboratory, The Rockefeller University y Albert Einstein College of Medicine: http://proteome.bnl.gov/progress.html). En la actualidad es primordial encontrar métodos que ayuden a superar este escollo.Pilot projects of structural genomics show a success rate of around 10% in passing replication to structure. It has been discovered that the stage that limits this index is the production of glasses suitable for crystallography with X-rays (eg the Human Proteome Structural Genomics pilot project; Brookhaven National Laboratory, The Rockefeller University and Albert Einstein College of Medicine: http://proteome.bnl.gov/progress.html). It is currently It is essential to find methods that help overcome this obstacle.
El objetivo último sería encontrar un nucleante "universal" que pudiera favorecer la cristalización de una amplia gama de proteínas bajo una amplia gama de condiciones. Previamente se han acometido estudios con el fin de descubrir nucleantes introduciendo sustancias candidatas de manera controlada en experimentos de cristalización (McPherson y Schlichta Science 239, 385-387 (1988); Chayen, N.E., Radcliffe, J.W. & Blow, D.M. Protein Sci. 2, 113-118 (1993); Blow, D.M., Chayen, N.E., Lloyd, L.F. & Saridakis, E. Protein Sci. 3, 1638-1643 (1994); Malkin, A.J., Cheung, J y McPherson, A. (1993) J. Crystal Growth 126 544-554 (en relación con "Mcpherson Beads" -latex beads/partículas de látex "Partículas McPherson")). Algunos han tenido éxito con proteínas individuales pero por ahora ninguno ha resultado ser de uso general. Otros diversos intentos de inducir a la nucleación en superficies irregulares o rugosas, o superficies de composición especial, se han revelado así mismo inefectivos de forma general (Chayen, N.E. & Saridakis, E. J. Cryst. Growth 232, 262-264 (2001).The ultimate goal would be to find a nucleant "universal" that could favor the crystallization of a wide range of proteins under a wide range of conditions. Previously studies have been undertaken in order to discover nucleants introducing candidate substances in a controlled manner in crystallization experiments (McPherson and Schlichta Science 239, 385-387 (1988); Chayen, N.E., Radcliffe, J.W. & Blow, D.M. Protein Sci. 2, 113-118 (1993); Blow, D.M., Chayen, N.E., Lloyd, L.F. & Saridakis, E. Protein Sci. 3, 1638-1643 (1994); Malkin, A.J., Cheung, J and McPherson, A. (1993) J. Crystal Growth 126 544-554 (in relation to "Mcpherson Beads" -latex beads / particles of latex "McPherson Particles")). Some have had success with individual proteins but for now none has turned out to be general use Various other attempts to induce nucleation in irregular or rough surfaces, or compositional surfaces especially, they have also proved ineffective in general (Chayen, N.E. & Saridakis, E. J. Cryst. Growth 232, 262-264 (2001).
Sakamoto et al. Nature 408, 449-453 (2000) y Dusastre Nature 408:417 (2000) describen métodos para caracterizar materiales mesoporosos y dan a conocer las estructuras de algunos materiales mesoporosos. Se sugiere que éstos resultan útiles en varias áreas de la química como la catálisis y la filtración molecular, pero no se alude a su uso para la nucleación de vidrio.Sakamoto et al . Nature 408, 449-453 (2000) and Dusastre Nature 408: 417 (2000) describe methods for characterizing mesoporous materials and disclose the structures of some mesoporous materials. It is suggested that these are useful in several areas of chemistry such as catalysis and molecular filtration, but their use for glass nucleation is not alluded to.
Hemos descubierto que vidrios mesoporosos con unas características particulares son útiles como nucleantes en la cristalización. Se considera que los vidrios mesoporosos tienen poros que atrapan macromoléculas, por ejemplo moléculas proteicas, y las impulsan a nuclear y formar vidrios.We have discovered that mesoporous glasses with particular characteristics are useful as nucleants in the crystallization. Mesoporous glasses are considered to have pores that trap macromolecules, for example protein molecules, and propel them to nuclear and form glass.
Un primer aspecto de la invención revela un método para facilitar la cristalización de una macromolécula que comprende el paso de añadir vidrio mesoporoso a la muestra de cristalización, vidrio mesoporoso que contiene unos poros con diámetros entre 4 nm y 100 nm y posee un área de superficie de al menos 50 m^{2}/g.A first aspect of the invention reveals a method to facilitate the crystallization of a macromolecule that comprises the step of adding mesoporous glass to the sample of crystallization, mesoporous glass that contains pores with diameters between 4 nm and 100 nm and has a surface area of at minus 50 m2 / g.
En determinadas realizaciones, el vidrio mesoporoso contiene poros con diámetros entre 4 nm y 70 u 80 nm, 4 nm y 40 nm, o 7 nm y 40 nm. En la realización descrita en el Ejemplo 2, donde el vidrio mesoporoso tiene poros con diámetros entre 7 y 40 nm, el tamaño modal de poro es 11,2 nm y el tamaño medio de poro es 16 nm.In certain embodiments, the glass mesoporous contains pores with diameters between 4 nm and 70 or 80 nm, 4 nm and 40 nm, or 7 nm and 40 nm. In the embodiment described in the Example 2, where the mesoporous glass has pores with diameters between 7 and 40 nm, the modal pore size is 11.2 nm and the average pore size It is 16 nm.
Las distribuciones del tamaño de poro están calculadas usando la técnica estándar en el campo, i.e. a partir de los datos isotérmicos de absorción y desorción de gas (por ejemplo, N_{2} o He) usando el método BJH (Barrett EP, Joyney LG, Halenda PP. Jof Am. Chem. Soc. 1951; 73: 373-380), como se describe en los Ejemplos 1 y 2. Utilizando este método, menos del 10%, 5% o 2% (por número) de los poros se sale del intervalo de tamaño especificado, sea, por ejemplo, un intervalo entre 4 nm y 100 nm. El tamaño del poro puede mostrar una amplia distribución gaussina en el intervalo en cuestión. Se considera que un intervalo de tamaños de poro proporciona unas buenas propiedades de nucleación; se considera que una estrecha distribución de tamaños de poro, en la que por ejemplo más del 80, 85 ó 90% de los poros tengan un tamaño de poro dentro del intervalo entre X nm y (X + 10 nm) o (X + 5 nm), donde X se encuentra en un intervalo de tamaño específico, no proporcionará propiedades de nucleación igual de buenas.Pore size distributions are calculated using the standard technique in the field, i.e. from isothermal gas absorption and desorption data (for example, N_ {2} or He) using the BJH method (Barrett EP, Joyney LG, Halenda PP Jof Am. Chem. Soc. 1951; 73: 373-380), as described in Examples 1 and 2. Using this method, less than 10%, 5% or 2% (by number) of the pores leave the range of specified size, for example, a range between 4 nm and 100 nm Pore size can show a wide distribution Gaussin in the interval in question. It is considered that an interval of pore sizes provides good properties of nucleation; a narrow size distribution of pore, in which for example more than 80, 85 or 90% of the pores have a pore size within the range between X nm and (X + 10 nm) or (X + 5 nm), where X is in a size range specific, it will not provide nucleation properties equal to good.
Tal como se emplea aquí, el término "vidrio mesoporoso" incluye un vidrio con poros sin orden y de tamaños irregulares cuyos diámetros pueden variar entre unos pocos nanómetros y decenas o cientos de nanómetros. El vidrio puede ser la fusión de uno o más óxidos de silicio, boro y fósforo, con uno o más óxidos de sodio, magnesio, calcio o potasio, y opcionalmente carbonato de sodio o de calcio. De forma alternativa, y preferiblemente, el vidrio mesoporoso con poros sin orden y de tamaños irregulares cuyos diámetros pueden oscilar entre unos pocos nanómetros y decenas o cientos de nanómetros, pueden fabricarse creando un gel mediante precursores alcóxidos de SiO_{2} como tetrametilortosilicato (TMOS) o tetraetilortosilicato (TEOS) hidrolizado con H_{2}O y un catalizador (como HNO_{3} o HF) para hacer vidrio de sílice (SiO_{2}) mesoporoso o hidrolizado con H_{2}O y un catalizador en combinación con precursores alcóxidos de P_{2}O_{5}, como trietoxilortofosfato (TEP, OP (OC_{2}H_{5})_{3}), o precursores de nitrato de CaO, como Ca(NO_{3})_{2}, o percursores de Na_{2}O, como citrato de sodio. Ejemplos incluyen SiO_{2}, CaO-P_{2}O_{5}-SiO_{2} o Na_{2}O-CaOP_{2}O_{5}-SiO_{2}. Los mesoporos aparecen en el vidrio derivado del sol-gel cuando se está estableciendo la red tridimensional durante la gelificación y son mantenidos siguiendo una técnica de secado controlado bien conocida por los expertos en la técnica y descrita en Hench (1997) Curr Opin Solid State Mater Science 2, 604-610, Li et al (1991) J Appl Biomaterials 2, 231-239, Hench y West (1990) Chem Rev 90, 33-72.As used herein, the term "mesoporous glass" includes a glass with pores without order and irregular sizes whose diameters can vary between a few nanometers and tens or hundreds of nanometers. The glass can be the fusion of one or more silicon, boron and phosphorus oxides, with one or more sodium, magnesium, calcium or potassium oxides, and optionally sodium or calcium carbonate. Alternatively, and preferably, mesoporous glass with pores of unordered and irregular sizes whose diameters can range between a few nanometers and tens or hundreds of nanometers, can be manufactured by creating a gel using SiO2 alkoxid precursors as tetramethylortosilicate (TMOS ) or tetraethylorthosilicate (TEOS) hydrolyzed with H2O and a catalyst (such as HNO3 or HF) to make silica glass (SiO2) mesoporous or hydrolyzed with H2O and a combination catalyst with P 2 O 5 alkoxid precursors, such as triethoxyl orthophosphate (PET, OP (OC 2 H 5) 3), or CaO nitrate precursors, such as Ca (NO 3)) 2, or Na 2 O strokes, as sodium citrate. Examples include SiO 2, CaO-P 2 O 5 -SiO 2 or Na 2 O-CaOP 2 O 5 -SiO 2. Mesopores appear in the sun-gel derived glass when the three-dimensional network is being established during gelation and are maintained following a controlled drying technique well known to those skilled in the art and described in Hench (1997) Curr Opin Solid State Mater Science 2, 604-610, Li et al (1991) J Appl Biomaterials 2, 231-239, Hench and West (1990) Chem Rev 90, 33-72.
Los poros del vidrio mesoporoso útiles en la presente invención tienen diámetros de entre 4 nm y 100 nm (o de otros intervalos en algunas realizaciones, como se ha señalado anteriormente), determinados utilizando un método de análisis por absorción de gas convencional, como se describe en Coleman & Hench(2000) A gel-derived mesoporous silica reference material for surface analysis by gas sorption.1: Textural features Ceramics International 26, 171-178. Por ejemplo, los tamaños de poro pueden calcularse a partir de los datos de desorción de un gas estándar (por ejemplo, N_{2}) usando el método BJH (cf. Ejemplo 2 y [5]). El vidrio mesoporoso puede ostentar una heterogénea muestra de tamaños de poro. El material puede tener poros cilíndricos abiertos, determinados por isotermas de absorción/desorción de gas (por ejemplo, N_{2}), como es sabido por los expertos en la técnica y como se describe en el Ejemplo 2. El bucle de histéresis puede ser del tipo H1 (Sing KSW, Everett DH, Haul RAW. Pure y Appl. Chem. 1985; 57: 603-619), el cual indica que el material contiene principalmente poros cilíndricos abiertos e interconectados que no están cerrados en la superficie.The pores of the mesoporous glass useful in the present invention have diameters between 4 nm and 100 nm (or of other intervals in some embodiments, as noted above), determined using a method of analysis by conventional gas absorption, as described in Coleman & Hench (2000) A gel-derived mesoporous silica reference material for surface analysis by gas surprise 1: Textural features Ceramics International 26, 171-178. By example, pore sizes can be calculated from the data of desorption of a standard gas (for example, N2) using the BJH method (cf. Example 2 and [5]). Mesoporous glass can Hold a heterogeneous sample of pore sizes. The material may have open cylindrical pores, determined by isotherms gas absorption / desorption (for example, N2), as is known by those skilled in the art and as described in Example 2. The hysteresis loop can be of type H1 (Sing KSW, Everett DH, Haul RAW. Pure and Appl. Chem. 1985; 57: 603-619), the which indicates that the material mainly contains pores open and interconnected cylindrical that are not closed in the surface.
El vidrio mesoporoso de uso en el método de la invención puede tener un área de superficie de al menos 250 m^{2}/g, 200 m^{2}/g, 150 m^{2}/g, 100 m^{2}/g, o al menos 50 m^{2}/g. El área de superficie será preferiblemente menor de 300 m^{2}/g. En una realización, el área de superficie está entre 150 m^{2}/g y 100 m^{2}/g. El área de superficie del vidrio mesoporoso es una medida tanto del tamaño del poro como del número de poros, y puede incrementarse o reducirse durante el procedimiento sol-gel, como podrán saber los expertos en la técnica y como se describe en Hench, L.L. (1998) Sol-Gel Silicas, Hayes Publishing Co, New York, and in Iler, R.K. (1979) The Chemistry of Silica, J Wiley & Sons, New York. El área de superficie del vidrio mesoporoso puede calcularse utilizando una isoterma de absorción de gas (por ejemplo N_{2}), como se describe más adelante en el Ejemplo 2, o cualquier otro método de análisis de superficie equivalente.Mesoporous glass for use in the method of invention may have a surface area of at least 250 m2 / g, 200 m2 / g, 150 m2 / g, 100 m2 / g, or at least 50 m 2 / g. The surface area will preferably be less than 300 m 2 / g. In one embodiment, the surface area is between 150 m 2 / g and 100 m 2 / g. The surface area of the glass mesoporous is a measure of both pore size and number of pores, and can be increased or reduced during the procedure sol-gel, as experts in the technique and as described in Hench, L.L. (1998) Sol-Gel Silicas, Hayes Publishing Co, New York, and in Iler, R.K. (1979) The Chemistry of Silica, J Wiley & Sons, New York The surface area of mesoporous glass can calculated using a gas absorption isotherm (for example N2), as described later in Example 2, or any other equivalent surface analysis method.
Los vidrios mesoporosos que pueden ser de particular utilidad en el método de la invención se revelan en el Ejemplo 1 y en Cook et al (2000) Bioceramics, 13, 625 -628; Sepulveda et al (2002) J Biomed Mater Res. 59, 340-8; Pereira & Hench (1996) J Sol-gel Sci Tech 7, 59-68; Li et al (1992) Chem Proc Adv Mater 56, 627-633; Lenza et al (2002) J Mater Sci, Mat in Med 13, 837-892; Orefice et al (2001) J Biomed Mater Res 55, 460-467.Mesoporous glasses that may be of particular utility in the method of the invention are disclosed in Example 1 and in Cook et al (2000) Bioceramics, 13, 625-628; Sepulveda et al (2002) J Biomed Mater Res. 59, 340-8; Pereira & Hench (1996) J Sol-gel Sci Tech 7, 59-68; Li et al (1992) Chem Proc Adv Mater 56, 627-633; Lenza et al (2002) J Mater Sci, Mat in Med 13, 837-892; Orefice et al (2001) J Biomed Mater Res 55, 460-467.
Se entenderá que cuando empleamos el término "macromolécula" estamos incluyendo cualquier molécula superior a 1 kDa. Preferiblemente la macromolécula será una macromolécula biológica como un ácido nucleico, y más preferiblemente la macromolécula será un polipéptido. Preferiblemente el polipéptido comprenderá al menos 10, 20 ó 50 aminoácidos, y más preferiblemente al menos 75, 100, 200, 500 ó 1000 aminoácidos.It will be understood that when we use the term "macromolecule" we are including any higher molecule at 1 kDa. Preferably the macromolecule will be a macromolecule biological as a nucleic acid, and more preferably the Macromolecule will be a polypeptide. Preferably the polypeptide it will comprise at least 10, 20 or 50 amino acids, and more preferably at least 75, 100, 200, 500 or 1000 amino acids.
Un segundo aspecto de la invención proporciona un método para facilitar la cristalización de una macromolécula que comprende el paso de añadir a la muestra de cristalización un vidrio mesoporoso de la composición SiO_{2}, CaO-P_{2}O_{5}-SiO_{2} o Na_{2}O-CaO-P_{2}O_{5}-SiO_{2}, donde cada uno de los átomos de Ca, P, Si o Na dentro de las composiciones puede ser sustituido por un átomo apropiado elegido entre B, Al, Ti, Mg o K, y, opcionalmente, la composición podrá también incluir elementos pesados para acentuar el contraste de difracción de rayos X, como por ejemplo Ag, Au, Cr, Co, Sr, Ba, Pt, Ta u otro átomo con un número atómico superior a 20.A second aspect of the invention provides a method to facilitate the crystallization of a macromolecule that it comprises the step of adding a glass to the crystallization sample mesoporous of the composition SiO2, CaO-P 2 O 5 -SiO 2 or Na 2 O-CaO-P 2 O 5 -SiO 2, where each of the atoms of Ca, P, Si or Na within the compositions can be substituted by an appropriate atom chosen between B, Al, Ti, Mg or K, and, optionally, the composition may also include heavy elements to accentuate the contrast of X-ray diffraction, such as Ag, Au, Cr, Co, Sr, Ba, Pt, Ta or another atom with an atomic number greater than 20.
En una realización preferida del segundo aspecto de la invención, el vidrio mesoporoso tendrá la composición SiO_{2}, CaO-P_{2}O_{5}-SiO_{2} o Na_{2}O-CaO-P_{2}O_{5}-SiO_{2}.In a preferred embodiment of the second aspect of the invention, mesoporous glass will have the composition SiO_ {2}, CaO-P 2 O 5 -SiO 2 or Na 2 O-CaO-P 2 O 5 -SiO 2.
CaO-P_{2}O_{5}-SiO_{2} o Na_{2}O-CaO-P_{2}O_{5}-SiO_{2} son vidrios mesoporosos bioactivos que se han considerado útiles para la regeneración ósea (Saravanapavan y Hench (2001) J Biomed Mater Res. 54, 608-18; Sepulveda et al (2002) J Biomed Mater Res. 59, 340-8 Cook et al (2000) Bioceramics, 13, 625 - 628). La composición Na_{2}O-CaO-P_{2}O_{5}-SiO_{2} es también bioactiva y se describe en detalle en Hench & West (1996) Life Chem Prep 13, 187-241. La respuesta bioactiva de unión a hueso del vidrio mesoporoso de SiO_{2} ha sido descrita por Hench & Walker (1979) en la Patente de EE.UU. nº 4171544.CaO-P2O5 -SiO2 or Na2O-CaO-P2O5 -SiO2 are bioactive mesoporous glasses that have been considered useful for bone regeneration (Saravanapavan and Hench (2001) J Biomed Mater Res. 54, 608-18; Sepulveda et al (2002) J Biomed Mater Res. 59, 340-8 Cook et al (2000) Bioceramics, 13, 625-628). The Na 2 O-CaO-P 2 O 5 -SiO 2 composition is also bioactive and is described in detail in Hench & West (1996) Life Chem Prep 13, 187-241. The bioactive bone binding response of the mesoporous glass of SiO2 has been described by Hench & Walker (1979) in US Pat. No. 4171544.
El Ejemplo 1 demuestra la aptitud de los vidrios mesoporosos como nucleantes para facilitar la cristalización de macromoléculas.Example 1 demonstrates the fitness of the glasses mesoporous as nucleating to facilitate the crystallization of macromolecules
Mediante "sustituido por un átomo apropiado" queremos decir que el átomo elegido entre la selección que se ofrece tiene la misma valencia que el átomo sustituido, p. ej. Mg por Ca, K por Na; alternativamente, átomos de valencia múltiple como P pueden sustituirse por Si en las redes del vidrio.By "substituted by an atom appropriate "we mean that the atom chosen from the selection that is offered has the same valence as the substituted atom, e.g. ex. Mg for Ca, K for Na; alternatively, valence atoms multiple as P can be substituted for Si in the networks of the glass.
Es preferible que el vidrio mesoporo que se usa en el segundo aspecto de la invención comprenda poros con diámetros entre 200 nm, 150 nm o 100 nm y 2, 4, 7, 10, o 20 nm. Aún más preferiblemente, los diámetros de los poros y su distribución serán como se ha indicado arriba en relación al primer aspecto de la invención. Así, en realizaciones del segundo aspecto de la invención el vidrio mesoporoso que se usa en el método comprenderá poros con diámetros entre 4 nm y 100 nm o 7 nm y 40 nm, medidos utilizando métodos convencionales, como se describe, por ejemplo, en el Ejemplo 2.It is preferable that the mesoporo glass used in the second aspect of the invention comprise pores with diameters between 200 nm, 150 nm or 100 nm and 2, 4, 7, 10, or 20 nm. Even more preferably, the pore diameters and their distribution will be as indicated above in relation to the first aspect of the invention. Thus, in embodiments of the second aspect of the invention the mesoporous glass that is used in the method will comprise pores with diameters between 4 nm and 100 nm or 7 nm and 40 nm, measured using conventional methods, as described, for example, in Example 2.
En relación al primer o el segundo aspecto de la invención, la distribución de las dimensiones de los poros del vidrio mesoporoso que se usa en el método de la invención tiene una desviación estándar de al menos 5 nm, 10 nm o 15 nm.In relation to the first or second aspect of the invention, the distribution of pore dimensions of the mesoporous glass that is used in the method of the invention has a standard deviation of at least 5 nm, 10 nm or 15 nm.
Por lo general, el vidrio mesoporoso que se usa en el segundo aspecto de la invención se distingue por una distribución no uniforme de los tamaños de los poros dentro del mismo. Por tanto, es preferible que los poros del vidrio mesoporoso no tengan un tamaño uniforme y presenten una alta variabilidad en cuanto al tamaño de los poros.Usually the mesoporous glass that is used in the second aspect of the invention it is distinguished by a uneven distribution of pore sizes within the same. Therefore, it is preferable that the pores of the mesoporous glass do not have a uniform size and have high variability in As for the size of the pores.
En una realización adicional de los métodos de la invención, el vidrio mesoporos tiene poros interconectados. Por ejemplo, los poros pueden incluir poros cilíndricos abiertos, como se describe en el Ejemplo 2.In a further embodiment of the methods of The invention, mesopore glass has interconnected pores. By example, the pores may include open cylindrical pores, such as It is described in Example 2.
Tal como se emplea aquí, el término "poros interconectados" incluye un vidrio mesoporoso en el que al menos algunos poros están interconectados de modo que los contenidos de un poro o cavidad son accesibles para uno o más poros o cavidades adyacentes o conectados y, como poros abiertos, interseccionan con la superficie.As used herein, the term "pores interconnected "includes a mesoporous glass in which at least some pores are interconnected so that the contents of a Pore or cavity are accessible to one or more pores or cavities adjacent or connected and, like open pores, intersect with the surface.
Por lo general, la naturaleza interconectada de los poros es compartida por al menos 5%, 10%, 20%, 30%, 40%,50%, 60% o 70% de los poros del vidrio mesoporoso. Preferiblemente, el vidrio mesoporoso tiene una clasificación de poros H1 como se describe en Sing et al (1985) Pure and Appl Chem 57, 603-619, i.e. el vidrio mesoporoso contiene primordialmente poros cilíndricos abiertos que están interconectados.Generally, the interconnected nature of the pores is shared by at least 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60% or 70% of the pores of the mesoporous glass. Preferably, the mesoporous glass has an H1 pore classification as described in Sing et al (1985) Pure and Appl Chem 57, 603-619, ie the mesoporous glass primarily contains open cylindrical pores that are interconnected.
La porosidad de CaO-P_{2}O_{5}-SiO_{2} y Na_{2}O-CaO-P_{2}O_{5}-SiO_{2} puede modificarse usando una técnica de espumado. Por ejemplo, el CaO-P_{2}O_{5}-SiO_{2} no espumado tiene un área de superficie de 146,4 m^{2}/g mientras un CaO-P_{2}O_{5}-SiO_{2} poco espumado tiene un área de superficie de 239,6 m^{2}/g (Sepulveda et al (2002) J Biomed Mater Res. 59, 340-8). El espumado altera también el tamaño de poro medio y la naturaleza tridimensional de los poros y genera poros muy grandes de 100 \mum o mayores además de los mesoporos. Por tanto, el vidrio mesoporoso de composición CaO-P_{2}O_{5}-SiO_{2} o Na_{2}O-CaO-P_{2}O_{5}-SiO_{2} puede fabricarse usando las técnicas descritas en Sepulveda et al (2002) J Biomed Mater Res. 59, 340-8 o según se describe en Pereira & Hench (1996) J Sol-Gel Sci and Tech 7, 59-68 o Li et al (1992) Chem Proc Adv Mater 56, 627-633, con el fin de generar una sustancia porosa que tenga un área de superficie apropiada para su utilización en la invención, con unas dimensiones medias de tamaño de poro apropiadas para usarse en la invención, y una variabilidad en las dimensiones medias de tamaño de poro y con un poros interconectados apropiados para su uso en la invención.The porosity of CaO-P2O5 -SiO2 and Na2O-CaO-P2O5 -SiO2 can be modified using a foaming technique. For example, the unfoamed CaO-P 2 O 5 -SiO 2 has a surface area of 146.4 m2 / g while a CaO-P 2 O 5 - Low foamed SiO 2 has a surface area of 239.6 m2 / g (Sepulveda et al (2002) J Biomed Mater Res. 59, 340-8). Foaming also alters the average pore size and the three-dimensional nature of the pores and generates very large pores of 100 µm or greater in addition to the mesopores. Thus, the mesoporous glass of composition CaO-P2O5 -SiO2 or Na2O-CaO-P2O5 -SiO2 can be manufactured using the techniques described in Sepulveda et al (2002) J Biomed Mater Res. 59, 340-8 or as described in Pereira & Hench (1996) J Sol-Gel Sci and Tech 7, 59-68 or Li et al (1992) Chem Proc Adv Mater 56, 627-633, in order to generate a porous substance having a surface area suitable for use in the invention, with average pore size dimensions appropriate for use in the invention, and a variability in the average pore size dimensions and with an interconnected pores suitable for use in the invention.
En la cristalización de macromoléculas se ha experimentado previamente con materiales como las partículas de Sephadex^{TM}, zeolitas y polvos de aluminio y pero éstos han resultado ser inefectivos como nucleantes de uso general (Chayen, N.E. & Saridakis, E. J. Cryst. Growth 232, 262-264 (2001)). El Sephadex^{TM} consiste una red producida mediante el reticulado de material sustituyente. Este reticulado crea poros de forma efectiva, cuyo tamaño está determinado por el grado o tipo de reticulado. Debe tenerse en cuenta que el Sephadex^{TM} y la arena no están incluidos dentro de la presente definición de "vidrio mesoporoso". Una diferencia entre el material poroso útil en la presente invención y el Sephadex^{TM} es que los poros de cada tipo dado de perlas de Sephadex tienen un tamaño quasi-uniforme. Como se ha dicho antes, el vidrio mesoporoso útil en la presente invención comprende poros de tamaños variables, según se ha explicado arriba; el material tiene un diámetro medio de poro generado por una considerablemente amplia distribución gaussiana de tamaño de poro. De ahí que la distribución de dimensión de poro en el material poroso sea más amplia que la de las dextrinas reticuladas.In the crystallization of macromolecules, it has been previously experimented with materials such as Sephadex ™ particles, zeolites and aluminum powders, but these have proved ineffective as commonly used nucleating agents (Chayen, NE & Saridakis, EJ Cryst. Growth 232 , 262-264 (2001)). The Sephadex ™ consists of a network produced by crosslinking substituent material. This crosslink creates pores effectively, the size of which is determined by the degree or type of crosslink. It should be noted that Sephadex ™ and sand are not included within the present definition of "mesoporous glass". One difference between the porous material useful in the present invention and the Sephadex ™ is that the pores of each given type of Sephadex beads have a quasi- uniform size. As said before, the mesoporous glass useful in the present invention comprises pores of varying sizes, as explained above; The material has an average pore diameter generated by a considerably wide Gaussian pore size distribution. Hence, the distribution of pore dimension in the porous material is wider than that of crosslinked dextrins.
Debe observarse que el tamaño medio conveniente para una determinada aplicación puede depender del tamaño de la macromolécula que se va a cristalizar. Por ejemplo, conjuntos macromoleculares más grandes (i.e. con un tamaño mayor de 5 nm o 10 nm o 15 nm de radio de Stokes) como las cápsidas víricas, etc. pueden requerir poros más grandes (i.e. poros con un tamaño medio superior a 10 nm o 20 nm o 50 nm en cualquier plano) que el tamaño de poro requerido por los conjuntos macromoleculares más pequeños de los métodos de la invención, como por ejemplo con un radio de Stokes de 5 nm o menos.It should be noted that the appropriate average size for a given application it can depend on the size of the macromolecule to be crystallized. For example, sets larger macromolecular (i.e. with a size larger than 5 nm or 10 nm or 15 nm Stokes radius) such as viral capsids, etc. may require larger pores (i.e. pores with medium size greater than 10 nm or 20 nm or 50 nm in any plane) than size of pore required by the smallest macromolecular assemblies of the methods of the invention, such as with a radius of Stokes of 5 nm or less.
En una realización preferida de los métodos de la invención, la cristalización de la macromolécula es inducida en un nivel crítico de supersaturación más bajo que el obtenido cuando no se añade vidrio mesoporoso a la muestra.In a preferred embodiment of the methods of the invention, the crystallization of the macromolecule is induced in a critical level of supersaturation lower than that obtained when Mesoporous glass is not added to the sample.
En una realización preferida adicional o alternativa, las condiciones de la muestra de cristalización comprenden estados de supersaturación que son favorables para el crecimiento vítreo, pero inadecuados o insuficientes para la nucleación espontánea. Tales condiciones son un medio de maximizar las posibilidades de obtener vidrios durante la selección inicial de las condiciones de cristalización y proporcionan un medio para cultivar vidrios en estados metaestables en el que un crecimiento más lento y la ausencia de un exceso de nucleación secundaria proporcionan a menudo un cultivo de vidrios de difracción mejores y más grandes.In a further preferred embodiment or alternative, the conditions of the crystallization sample they include supersaturation states that are favorable for vitreous growth, but inadequate or insufficient for spontaneous nucleation. Such conditions are a means of maximizing the chances of getting glasses during the initial selection of the crystallization conditions and provide a means to cultivate glasses in metastable states in which growth slower and the absence of excess secondary nucleation they often provide a culture of better diffraction glasses and bigger.
Determinar qué nivel de supersaturación es inadecuado o insuficiente para la nucleación espontánea es algo bien conocido en la técnica de cristalización. El nivel de supersaturación puede ser determinado instalando filtros que cubran una gama de condiciones entre las condiciones que producen espontáneamente vidrios/microcristales.Determine what level of supersaturation is inadequate or insufficient for spontaneous nucleation is something well known in the art of crystallization. The level of supersaturation can be determined by installing filters that cover a range of conditions between the conditions that produce spontaneously glass / microcrystals.
Preferiblemente la invención proporciona un método para facilitar la cristalización de una macromolécula según el primer o el segundo aspecto de la invención que comprende el paso de romper el vidrio mesoporoso en piezas de dimensiones submilimétricas antes de añadir el vidrio mesoporoso a la muestra de cristalización.Preferably the invention provides a method to facilitate the crystallization of a macromolecule according to the first or second aspect of the invention comprising the step of breaking the mesoporous glass into pieces of dimensions submillimeter before adding mesoporous glass to the sample of crystallization.
Preferiblemente, el vidrio mesoporoso se prepara de novo en piezas de dimensiones submilimétricas deformando la red del gel y agitando al mismo tiempo.Preferably, the mesoporous glass is de novo prepared in pieces of submillimeter dimensions deforming the gel network and stirring at the same time.
Preferiblemente, el vidrio mesoporoso se ha de
convertir en piezas o fragmentos que no sean mayores de 200 \mum,
150 \mum o 100 micrómetros en ninguna dimensión, más
preferiblemente que no sean mayores de 75 \mum o 50 \mum, y aún
más preferiblemente que no sean mayores de 25 \mum en ninguna
dimensión. Más preferiblemente, ninguna dimensión de las piezas
será mayor de 10 micrómetro. Ventajosamente, las piezas del vidrio
mesoporoso se asemejan a un polvo fino. La conversión de vidrio
mesoporoso en fragmentos puede lograrse usando una cortadora de
diamante o
de SiC.Preferably, the mesoporous glass should be converted into pieces or fragments that are not larger than 200 µm, 150 µm or 100 micrometers in any dimension, more preferably not larger than 75 µm or 50 µm, and even more preferably they are not larger than 25 µm in any dimension. More preferably, no dimension of the pieces will be greater than 10 micrometer. Advantageously, the mesoporous glass parts resemble a fine powder. The conversion of mesoporous glass into fragments can be achieved using a diamond cutter or
of SiC.
Con "fracturar" queremos decir que el material inicial es convertido en fragmentos o piezas más pequeños. Se puede fracturar por medio de cualquier técnica adecuada, incluyendo el corte con un escalpelo o medios mecánicos (usando por ejemplo una cortadora de diamante) o romper el trozo grande en trocitos pequeños usando unas pinzas. Por lo general, el vidrio mesoporoso útil en la presente invención no puede romperse manualmente en piezas suficientemente pequeñas. La superficie es mecánicamente frágil, por lo que es preferible pulir o triturar con cargas reducidas (por ejemplo con vibración). Debe notarse que para ser útiles como nucleantes en la cristalización, los fragmentos o piezas tienen que ser de tal forma que la red de poros dentro del vidrio mesoporoso quede al descubierto. En otras palabras, los poros han de ser accesibles para las moléculas con un tamaño apropiado (i.e., las que sean más pequeñas que el tamaño de los poros) cuando dichas moléculas entran en contacto con ellos. En consecuencia, los fragmentos o piezas de vidrio mesoporoso no se cerrarán exteriormente en ningún sentido por el procedimiento de fracturación.By "fracturing" we mean that the Initial material is converted into fragments or smaller pieces. It can be fractured by any suitable technique, including cutting with a scalpel or mechanical means (using by example a diamond cutter) or break the large piece in Small pieces using tweezers. Usually glass mesoporous useful in the present invention cannot be broken manually in small enough parts. The surface is mechanically fragile, so it is preferable to polish or crush with reduced loads (for example with vibration). It should be noted that for be useful as nucleants in crystallization, fragments or pieces have to be such that the network of pores inside the Mesoporous glass is exposed. In other words, the pores must be accessible for molecules with a size appropriate (i.e., those that are smaller than the size of the pores) when these molecules come into contact with them. In Consequently, fragments or pieces of mesoporous glass are not they will close outwardly in any way by the procedure of fracturing
El método de fracturación puede ser manual o mecánico o bien hacerse con una máquina a motor.The fracturing method can be manual or mechanical or be done with a motor machine.
Un tercer aspecto de la invención es un método para determinar la estructura de una macromolécula que comprende los pasos de (i) cristalizar la macromolécula en presencia de un vidrio mesoporoso como queda definido en relación con el primer y el segundo aspecto de la invención, y (ii) analizar la estructura del vidrio producido en el paso (i).A third aspect of the invention is a method. to determine the structure of a macromolecule comprising the steps of (i) crystallizing the macromolecule in the presence of a mesoporous glass as defined in relation to the first and the second aspect of the invention, and (ii) analyze the structure of the glass produced in step (i).
Los materiales porosos útiles o preferidos en el tercer aspecto de la invención son los que se han definido detalladamente con anterioridad. Preferiblemente, el material poroso se produce como se ha descrito arriba. El material puede combinarse en cualquier orden con los componentes de la muestra de cristalización. Preferiblemente, el material se añadirá antes de que comience la nucleación o crecimiento de la cristalización.The porous materials useful or preferred in the third aspect of the invention are those that have been defined in detail previously. Preferably, the porous material It is produced as described above. The material can be combined in any order with the sample components of crystallization. Preferably, the material will be added before Let the nucleation or growth of crystallization begin.
La nucleación puede detectarse mediante cualquier medio adecuado; ya sea directamente, por ejemplo, usando un microscopio, o indirectamente, por ejemplo determinando las características de dispersión lumínica como se describe en Rosenberger et al J. Cryst. Growth 129:1-12 (1993); Saridakis et al Acta Cryst D 58, 1597-1600 (2002).Nucleation can be detected by any suitable means; either directly, for example, using a microscope, or indirectly, for example by determining the characteristics of light scattering as described in Rosenberger et al. J. Cryst. Growth 129: 1-12 (1993); Saridakis et al Acta Cryst D 58, 1597-1600 (2002).
Los métodos de análisis de la estructura vítrea de un vidrio son bien conocidos en la técnica y se describen en detalle en Drenth, J. Principles of protein X-ray crystallography. Springer-Verlag, New York, 1994.The methods of glass structure analysis of a glass are well known in the art and are described in detail in Drenth, J. Principles of protein X-ray crystallography Springer-Verlag, New York, 1994
Un cuarto aspecto de la invención es una cámara apropiada para cristalizar una macromolécula en donde dicha cámara comprende (al menos en parte) un vidrio mesoporoso como el definido en relación con el primer y el segundo aspecto de la invención. La cámara puede fabricarse con el vidrio mesoporoso (al menos parcialmente; por ejemplo en forma de injerto), o el vidrio mesoporoso puede constituir un recubrimiento de la cámara (i.e. en una parte de la cámara que no esté hecha de vidrio mesoporoso). Debe observarse que el vidrio mesoporoso estará en una parte de la cámara que esté en contacto con la muestra de cristalización, al menos al comienzo del ensayo de cristalización.A fourth aspect of the invention is a camera appropriate to crystallize a macromolecule where said chamber it comprises (at least in part) a mesoporous glass as defined in relation to the first and second aspects of the invention. The chamber can be manufactured with mesoporous glass (at least partially; for example in the form of graft), or glass mesoporous may constitute a coating of the chamber (i.e. in a part of the chamber that is not made of mesoporous glass). Should Note that the mesoporous glass will be in a part of the chamber in contact with the crystallization sample, when less at the beginning of the crystallization test.
Con "cámara apropiada para la cristalización" incluimos una cámara en una placa de cristalización o placa de cristalización multipocillo, o una cámara individual, como bien conocerán los expertos en la técnica. Por ejemplo, el cubreobjetos del que queda suspendida una gota en la cristalización "de gota colgante" (o en el que una gota puede posarse, en una cristalización "de gota posante") puede fabricarse o recubrirse con vidrio mesoporoso.With "appropriate camera for crystallization "we include a camera on a plate crystallization or multiwell crystallization plate, or a chamber individual, as those skilled in the art will know. By for example, the coverslip of which a drop is suspended in the "pendant drop" crystallization (or in which a drop can perch, in a crystallization of "drop drop") can manufactured or coated with mesoporous glass.
Las cámaras pueden fabricarse o recubrirse con el vidrio mesoporoso por medio de un procedimiento similar al que se describe en Roethen et al (2002) Biomaterials 23, 3871-3878. El recubrimiento puede ser un recubrimiento continuo o bien un recubrimiento con partículas del vidrio mesoporoso.The chambers can be manufactured or coated with mesoporous glass by a procedure similar to that described in Roethen et al (2002) Biomaterials 23, 3871-3878. The coating can be a continuous coating or a coating with mesoporous glass particles.
Un aspecto adicional de la invención proporciona una fibra, malla o película que comprende un vidrio mesoporoso como se define en relación con el primer y el segundo aspecto de la invención. Un aspecto adicional de la invención proporciona el uso de dicha fibra, malla o película como nucleante de la cristalización, por ejemplo en el método de la invención. La fibra puede ser una fibra hecha de un material diferente que esté recubierto con un vidrio mesoporoso (bien como una capa continua, bien con partículas de vidrio mesoporoso). Los vidrios crecen sobre la fibra, que puede extraerse lentamente por solución y entonces permitir un crecimiento continuo. Así, la fibra para nucleante es capaz de utilizarse en un procedimiento continuo.A further aspect of the invention provides a fiber, mesh or film comprising a mesoporous glass such as is defined in relation to the first and second aspects of the invention. A further aspect of the invention provides the use of said fiber, mesh or film as a nucleant of the crystallization, for example in the method of the invention. The fiber it can be a fiber made of a different material that is coated with a mesoporous glass (as well as a continuous layer, well with mesoporous glass particles). The glasses grow on the fiber, which can be extracted slowly by solution and then allow continuous growth. Thus, the fiber for nucleating is able to be used in a continuous procedure.
El recubrimiento puede realizarse usando, por ejemplo, un método similar al que describen Stamboulin et al (2002) Adv Eng Met 105-109 y Roether et al (2002) Biomaterials 23, 3871-3878, pero sin limitarse a él.The coating can be performed using, for example, a method similar to that described by Stamboulin et al (2002) Adv Eng Met 105-109 and Roether et al (2002) Biomaterials 23, 3871-3878, but not limited thereto.
Un quinto aspecto de la invención proporciona un uso en la cristalización de una macromolécula de un vidrio mesoporoso como queda definido en relación con el primer o el segundo aspecto de la invención o de una cámara como se define en el cuarto aspecto de la invención.A fifth aspect of the invention provides a use in the crystallization of a macromolecule of a glass mesoporous as defined in relation to the first or the second aspect of the invention or of a camera as defined in The fourth aspect of the invention.
Las macromoléculas preferidas y los vidrios apropiados y preferidos están descritos arriba.Preferred macromolecules and glasses Appropriate and preferred are described above.
Los vidrios mesoporosos según se definen en relación con el primer y el segundo aspecto de la invención no han sido contemplados con anterioridad como nucleantes para la cristalización macromolecular. Su utilidad en la nucleación puede deberse a la capacidad de las macromoléculas de cristalizarse, encontrar un poro de un tamaño adecuado, ser retenidas por los poros y, como resultado, asociarse con otras macromoléculas similares. La retención de las macromoléculas en un poro forma una concentración local apropiada para la nucleación.Mesoporous glasses as defined in relationship with the first and second aspects of the invention have not previously contemplated as nucleants for the macromolecular crystallization. Its usefulness in nucleation can due to the ability of macromolecules to crystallize, find a pore of a suitable size, be retained by pores and, as a result, associate with other macromolecules Similar. The retention of macromolecules in a pore forms a local concentration appropriate for nucleation.
Un sexto aspecto de la invención proporciona un kit de partes que comprenden un agente de cristalización y un vidrio mesoporoso como el definido en relación con el primer o el segundo aspecto de la invención, o una cámara como la que se define en el quinto aspecto de la invención.A sixth aspect of the invention provides a kit of parts comprising a crystallization agent and a mesoporous glass as defined in relation to the first or the second aspect of the invention, or a camera as defined in the fifth aspect of the invention.
El almacenamiento de los nucleantes de vidrio mesoporoso preferiblemente debe hacerse en presencia de un polvo desecante indicador estándar.Storage of glass nucleants mesoporous should preferably be done in the presence of a powder desiccant standard indicator.
Con "agente de cristalización" incluimos uno cualquiera o más de una gama de precipitadores como polímeros y solventes orgánicos y agentes de cristalización como sales. Ejemplos específicos de precipitadores apropiados incluyen polietilenoglicol 400, polietilenoglicol 4000, dihidrógeno-fosfato monosódico y sulfato de amonio.With "crystallization agent" we include any one or more of a range of precipitators such as polymers and organic solvents and crystallization agents such as salts. Examples Specific precipitator specific include polyethylene glycol 400, polyethylene glycol 4000, dihydrogen phosphate monosodium and ammonium sulfate.
Debe apreciarse que los kits de la invención son apropiados para todos los métodos de cristalización, incluyendo los métodos por microlotes, de gota colgante por difusión de vapor, gota posante, gota sandwich y cristalización libre por difusión de superficie. También sería posible insertar el nucleante de vidrio en gotas gelificadas.It should be appreciated that the kits of the invention are appropriate for all crystallization methods, including microlot methods, hanging drop by vapor diffusion, drop posante, sandwich drop and free crystallization by diffusion of surface. It would also be possible to insert the glass nucleant into gelled drops
Los kits de la invención pueden comprender además placas de cristalización o láminas y/o filtros o cámaras de cristalización. Cuando el kit comprende además placas de cristalización, es preferible que las placas sean placas multipocillo, lo cual sería particularmente apropiado para un sistema de análisis de alto rendimiento.The kits of the invention may comprise also crystallization plates or sheets and / or filters or chambers of crystallization. When the kit also includes plates crystallization, it is preferable that the plates be plates multiwell, which would be particularly appropriate for a High performance analysis system.
En una realización preferida de este aspecto, el kit comprende además aceite para recubrir la muestra de cristalización. Aceites apropiados incluyen parafina como la que está disponible de Hampton Research, CA 92677-3913 USA, número de catálogo HR3-411.In a preferred embodiment of this aspect, the kit also includes oil to coat the sample of crystallization. Appropriate oils include paraffin such as is available from Hampton Research, CA 92677-3913 USA, catalog number HR3-411.
En una realización alternativa, el kit puede ser uno apropiado para el escrutinio de la cristalización de macromoléculas. En esta realización, el kit puede además incluir uno cualquiera o más de una gama de búferes (que pueden cubrir una variedad de valores de pH) y/o una cualquiera o más de una gama de sales. Los búferes y sales apropiados son bien conocidos en la técnica de la cristalización e incluyen, como búferes, Na-HEPES pH 7.5 y tris hidrocloruro pH 7.5, y, como sales, sulfato de amonio 0,2 M y trihidrato de acetato de sodio 0,2 M. Ventajosamente, el kit puede incluir adicionalmente filtros y placas de cristalización multipocillo.In an alternative embodiment, the kit can be one appropriate for the scrutiny of the crystallization of macromolecules In this embodiment, the kit may also include one any or more of a range of buffers (which may cover a variety of pH values) and / or any one or more of a range of you go out. Appropriate buffers and salts are well known in the crystallization technique and include, as buffers, Na-HEPES pH 7.5 and tris hydrochloride pH 7.5, and, as salts, 0.2 M ammonium sulfate and 0.2 sodium acetate trihydrate M. Advantageously, the kit may additionally include filters and multiwell crystallization plates.
Un séptimo aspecto de la invención proporciona un método automatizado para cristalizar una macromolécula consistente en añadir al ensayo de cristalización un vidrio mesoporoso como se ha definido en el primer y el segundo aspecto de la invención usando un sistema de dispensación automatizado.A seventh aspect of the invention provides an automated method to crystallize a macromolecule consisting of adding a glass to the crystallization test mesoporous as defined in the first and second aspects of the invention using an automated dispensing system.
Vidrios apropiados y preferidos son los que se han descrito anteriormente.Appropriate and preferred glasses are those that have described above.
Ventajosamente, la cristalización es parte de una selección u optimización para las condiciones de cristalización.Advantageously, crystallization is part of a selection or optimization for the conditions of crystallization.
El vidrio mesoporoso puede estar preparado para administrarlo al ensayo a través de cualquier medio apropiado. Preferiblemente, el vidrio mesoporoso está en forma de pequeños fragmentos de no más de 10 micrómetros en ninguna de sus dimensiones. En una realización preferida, el vidrio mesoporoso se prepara como se ha descrito arriba.Mesoporous glass may be prepared for administer it to the assay through any appropriate means. Preferably, the mesoporous glass is in the form of small fragments of no more than 10 micrometers in any of its dimensions. In a preferred embodiment, the mesoporous glass is Prepare as described above.
Debe observarse que el vidrio mesoporoso puede ser añadido como un único gránulo, partícula o pieza o bien puede añadirse suspendido en un líquido. Es difícil garantizar, o bien esto conlleva un grado de error tan alto que no es aceptable, que en un ensayo automatizado se dispense una sola partícula de tan solo 10 micrómetros de tamaño y no se añadan o bien ninguna partícula o bien demasiadas. Claramente, por tanto, una ventaja del método en el que el vidrio mesoporoso se añade en suspensión es que se puede manipular el vidrio mesoporoso con más facilidad, especialmente de forma automática mediante un sistema automatizado de suministro de líquido. La formación de una suspensión de partículas de vidrio mesoporoso en un líquido para dispensar un volumen concreto de líquido que incluya al menos 1 pieza o fragmento del vidrio mesoporoso, pero no demasiadas piezas o fragmentos, facilitaría el paso de añadir el fragmento a la muestra de cristalización.It should be noted that mesoporous glass can be added as a single granule, particle or piece or it can add suspended in a liquid. It is difficult to guarantee, or this entails a degree of error so high that it is not acceptable, that in an automated test a single particle of only 10 micrometers in size and no particles are added or well too many. Clearly, therefore, an advantage of the method in that mesoporous glass is added in suspension is that it can be handle mesoporous glass more easily, especially from automatically through an automated delivery system liquid. The formation of a suspension of glass particles mesoporous in a liquid to dispense a specific volume of liquid that includes at least 1 piece or fragment of the glass mesoporous, but not too many pieces or fragments, would facilitate the step of adding the fragment to the crystallization sample.
De ahí que en una realización preferida de este aspecto de la invención, el vidrio mesoporoso sea dispensado como una suspensión mediante un sistema automatizado de dispensación de líquido.Hence, in a preferred embodiment of this aspect of the invention, mesoporous glass is dispensed as a suspension by means of an automated dispensing system of liquid.
En la técnica de cristalización de proteínas se conocen sistemas automatizados de dispensación de líquido, y un ejemplo es el sistema IMPAX producido por Douglas Instruments, Hungerford, Reino Unido. En este sistema a través de una misma boquilla pueden dispensarse en una sola gota de muestra diversos componentes de la muestra de cristalización que provienen de depósitos separados. De forma apropiada, el sistema automatizado útil en este aspecto de la invención es programable para que en la gota de cristalización puedan dispensarse unos volúmenes y concentraciones de líquido o suspensión determinados.In the protein crystallization technique, they know automated liquid dispensing systems, and a example is the IMPAX system produced by Douglas Instruments, Hungerford, United Kingdom. In this system through the same nozzle can be dispensed in a single drop of various sample crystallization sample components that come from separate deposits. Properly, the automated system useful in this aspect of the invention is programmable so that in the crystallization drop can be dispensed a few volumes and determined liquid or suspension concentrations.
El ensayo de cristalización puede consistir en cualquier método apropiado, incluyendo microlotes (Chayen et al (1990) Appl. Cryst. 23:297; Chayen et al (1992) J. Crystal Growth 122:176) y difusión de vapor. El método de microlotes puede alterarse según lo descrito en D'Arcy et al (1996) J. Crystal Growth 168: 175-180 para usar una mezcla de silicio y aceite de parafina sobre la muestra de cristalización. Para mantener el nivel de supersaturación apropiado para el crecimiento del vidrio y que no induce nucleación, es preferible que el aceite a utilizar sea uno que no permita difusión apreciable de las moléculas de agua a la interfaz entre aceite y aire y, por tanto, que no fomente la concentración de los componentes de la muestra de cristalización. De modo que es preferible que el aceite sea una parafina ramificada en la escala C20+ y no un fluido de silicio (tal como un polímero de unidades de dimetilsiloxano).The crystallization assay may consist of any appropriate method, including microlots (Chayen et al (1990) Appl. Cryst. 23: 297; Chayen et al (1992) J. Crystal Growth 122: 176) and vapor diffusion. The microlot method can be altered as described in D'Arcy et al (1996) J. Crystal Growth 168: 175-180 to use a mixture of silicon and paraffin oil on the crystallization sample. To maintain the level of supersaturation appropriate for the growth of the glass and that does not induce nucleation, it is preferable that the oil to be used is one that does not allow appreciable diffusion of water molecules to the interface between oil and air and, therefore, Do not encourage the concentration of the crystallization sample components. So it is preferable that the oil is a branched paraffin on the C20 + scale and not a silicon fluid (such as a polymer of dimethylsiloxane units).
Un octavo aspecto de la invención proporciona un vidrio obtenible u obtenido por el método del primero, el segundo o el octavo aspecto de la invención.An eighth aspect of the invention provides a glass obtainable or obtained by the method of the first, the second or the eighth aspect of the invention.
Como queda indicado arriba, es probable que el uso de vidrio mesoporoso en el material de cristalización haga que la macromolécula que se va a cristalizar nuclee dentro de la red de poros del material, y no en la superficie del vidrio mesoporoso. Consecuentemente, el vidrio resultante puede incluir un vidrio mesoporoso dentro de la estructura cristalina en sí del vidrio producido. Este vidrio puede ser distinto de los vidrios obtenidos con medios alternativos (como por ejemplo, usando una superficie mineral para inducir la nucleación), ya que el nucleante puede constituir una parte integral del vidrio en vez de una parte periférica.As indicated above, it is likely that the use of mesoporous glass in the crystallization material make the macromolecule that is going to crystallize nuclee within the network of pores of the material, and not on the surface of the mesoporous glass. Consequently, the resulting glass can include a glass mesoporous within the crystal structure itself of the glass produced. This glass may be different from the glasses obtained with alternative means (such as using a surface mineral to induce nucleation), since the nucleant can constitute an integral part of the glass instead of a part peripheral
Un aspecto más de la invención proporciona un uso para sistema automatizado de dispensación de líquido en el método del séptimo aspecto de la invención, en el que el vidrio mesoporoso a dispensar está en forma de suspensión.A further aspect of the invention provides a use for automated liquid dispensing system in the method of the seventh aspect of the invention, in which the glass Mesoporous to be dispensed is in the form of a suspension.
Un "sistema automatizado de dispensación de líquido" incluye cualquier sistema automatizado de dispensación de líquido apropiado que sea capaz de dispensar un volumen de suspensión del material poroso que esté entre 2 nl y 1 ml, por ejemplo, entre 2 nl y 50 ó 20 nl, por ejemplo 5 nl o 10 nl (para ensayos con volumen bajo/flujo alto) o entre 0,05 ó 0,1 \mul y 1 ml (para ensayos con volúmenes más grandes). Preferiblemente el sistema es como el que se describe arriba.An "automated dispensing system of liquid "includes any automated dispensing system of appropriate liquid that is capable of dispensing a volume of suspension of the porous material that is between 2 nl and 1 ml, per for example, between 2 nl and 50 or 20 nl, for example 5 nl or 10 nl (for low volume / high flow assays) or between 0.05 or 0.1 µL and 1 ml (for tests with larger volumes). Preferably the system is like the one described above.
La fibra, malla o película de la invención también puede usarse en un sistema automatizado.The fiber, mesh or film of the invention It can also be used in an automated system.
La invención será explicada ahora más detalladamente con la ayuda de las siguientes Figuras y Ejemplos no limitantes.The invention will now be explained more. in detail with the help of the following Figures and Examples no limiting
Quedan incorporados aquí por referencia los documentos aludidos.They are incorporated here by reference the documents referred to.
Figura 1: Vidrios de alfa-curstacianina (de caparazón de langosta) cultivados en partículas de gel vítreo bioactivo CaO-P_{2}O_{5}-SiO_{2}. Los vidrios miden aprox. 140 x 80 x 40 \mum.Figure 1: Glasses of alpha-curstacyanine (lobster shell) cultured bioactive vitreous gel particles CaO-P2 O5 {SiO2}. The glasses measure approx. 140 x 80 x 40 µm.
Figura 2: Isotermas de absorción de N_{2} para polvos de vidrio 58S (mesoporoso) y 45S5 (control).Figure 2: N2 absorption isotherms for 58S (mesoporous) and 45S5 (control) glass powders.
Figura 3: Distribuciones de tamaños de poro de vidrios 58S y 45S5.Figure 3: Pore size distributions of 58S and 45S5 glasses.
Figura 4: Diagrama esquemático de una sección transversal del vidrio mesoporoso (no nucleante) que posee una estrecha distribución de tamaños de poro.Figure 4: Schematic diagram of a section cross section of the mesoporous (non-nucleating) glass that has a Narrow distribution of pore sizes.
Figura 5: Diagrama esquemático de un vidrio mesoporoso nucleante con una amplia distribución de diámetros de poro, de 7 a 40 nm.Figure 5: Schematic diagram of a glass nucleating mesoporous with a wide distribution of diameters of pore, from 7 to 40 nm.
Ejemplo 1Example one
Los materiales ensayados como nucleantes eran partículas de gel vítreo bioactivo CaO-P_{2}O_{5}-SiO_{2}. Uno (58S) presenta una distribución de poros como la descrita en el Ejemplo 2, y el otro (45S5; control) no presenta poros detectables, como se describe en el Ejemplo 2.The materials tested as nucleating were bioactive vitreous gel particles CaO-P2 O5 {SiO2}. One (58S) presents a distribution of pores as described in the Example 2, and the other (45S5; control) has no detectable pores, as described in Example 2.
El vidrio mesoporoso nucleante CaO-P_{2}O_{5}-SiO_{2} (58S) fue preparado por hidrolización de teraetilortosilicato (TEOS) con H_{2}O en presencia de HNO_{3} como catalizador. El precursor de P2O5 fue trietoxilortofosfato (TEP) y el precursor de CaO fue Ca(NO3)2.4H_{2}O. El gel fue puesto a secar a 60ºC y 130ºC y estabilizado a 100ºC para eliminar el agua de los poros y las superficies de los poros.Mesoporous nucleating glass CaO-P2O5 -SiO2 (58S) was prepared by hydrolyzing teraethylorthosilicate (TEOS) with H2O in the presence of HNO3 as catalyst. The precursor of P2O5 was triethoxyl orthophosphate (PET) and the precursor to CaO was Ca (NO3) 2.4H2 O. The gel was dried at 60 ° C and 130 ° C and stabilized at 100 ° C to remove water from the pores and the surfaces of the pores.
El vidrio bioactivo 45S5 fue preparado fundiendo SiO_{2}, P_{2}O_{5}, CaCO_{3} and Na_{2}CO_{3} en un crisol de platino a 1350ºC y templando con agua el vidrio fundido para hacer una frita que a continuación se tritura para formar las partículas no porosas.The 45S5 bioactive glass was prepared by melting SiO 2, P 2 O 5, CaCO 3 and Na 2 CO 3 in a platinum crucible at 1350 ° C and tempering molten glass with water to make a frit that is then crushed to form the non-porous particles
La proteína empleada (alfa-crustalcianina) por la noche tiende a producir lluvia de vidrios en desorden. Se ensayó si, usando los nucleantes vítreos, podrían obtenerse vidrios unitarios más grandes en condiciones de baja supersaturación, los cuales producirían si no gotas claras.The protein used (alpha-crustalcyanine) at night tends to produce rain of cluttered glass. Yes, tested using nucleants vitreous, larger unit glasses could be obtained in low supersaturation conditions, which would produce if not clear drops
Se establecieron dos conjuntos de gotas de control: (1) En condiciones de supersaturación que producen la lluvia de vidrios. (2) En condiciones de baja supersaturación (i.e. menor concentración de precipitante o lo que se denomina condiciones metaestables).Two sets of drops of control: (1) Under supersaturation conditions that produce glass rain (2) Under conditions of low supersaturation (i.e. lower concentration of precipitant or what is called metastable conditions).
Otras gotas del mismo preparado de proteínas fueron puestas en las mismas condiciones que (2) pero un conjunto de gotas contenía el vidrio mesoporoso CaO-P_{2}O_{5}-SiO_{2} (añadido a la gota en 1 ó 2 gránulos), mientras que al otro conjunto de gotas no se la habían añadido gránulos de vidrio mesoporoso. El control (1), como se esperaba, produjo lluvias de vidrios durante la noche. El control (2) permaneció claro indefinidamente.Other drops of the same protein preparation were put in the same conditions as (2) but a set of drops contained mesoporous glass CaO-P2 O5 {SiO2} (added to the drop in 1 or 2 granules), while the other set of drops had not been added glass granules mesoporous The control (1), as expected, produced rains of Glasses during the night. The control (2) remained clear indefinitely
Las gotas que contenían el nucleante poroso produjeron vidrios individuales grandes después de 2-3 días. Figura 1.Drops containing the porous nucleant they produced large individual glasses after 2-3 days Figure 1.
Las gotas que contenían el vidrio bioactivo (no poroso) 45S5 se mantuvieron claras como si no se les hubiera añadido nucleante.The drops that contained the bioactive glass (not porous) 45S5 were kept clear as if they had not been nucleating added.
Los métodos usados fueron difusión de vapor y microlotes con gotas de 2 \mul en cada caso. Los ensayos se incubaron a 10 y 4ºC. Las condiciones de supersaturación que dieron lugar a los vidrios por la noche fueron:The methods used were steam diffusion and microlots with 2 µl drops in each case. Rehearsals are incubated at 10 and 4 ° C. The supersaturation conditions they gave place to the glasses at night were:
- proteína 20 mg/ml 15% PEG éter monometilo 0.1 M MES buffer pH 6.5 y cloruro de zinc 10 mM.protein 20 mg / ml 15% PEG monomethyl ether 0.1 M MES buffer pH 6.5 and chloride 10 mM zinc
Las condiciones metaestables en las que se insertaron los nucleantes fueron:The metastable conditions under which inserted the nucleants were:
- proteína 20 mg/ml 12,5% PEG éter monometilo 0.1 M MES buffer pH 6.5 y cloruro de zinc 10 mM.protein 20 mg / ml 12.5% PEG monomethyl ether 0.1 M MES buffer pH 6.5 and chloride 10 mM zinc
La adsorción de gas ejecutada usando gas N_{2} en un sistema de absorción de gas Autosorb AS6B-KR Quantachrome de seis puertos. El instrumentó determinó las isotermas volumétricamente por medio de un método estático discontinuo a 77 K (manual de Quantachrome N2 Adsorption. Autosorb 6®, Quantachrome Corp. USA, 1997). Como gas adsortivo se usó N_{2} con un área transversal de 0,162 nm^{2} (Lowell y Shields Powder Surface Area and Porosity 1984).The adsorption of gas executed using N2 gas in a six-port Autosorb AS6B-KR Quantachrome gas absorption system. The instrument determined the isotherms volumetrically by means of a discontinuous static method at 77 K (Quantachrome N2 Adsorption manual. Autosorb 6®, Quantachrome Corp. USA, 1997). N2 with a transverse area of 0.162 nm2 was used as adsorptive gas (Lowell and Shields Powder Surface Area and Porosity 1984).
Se proporcionan otros detalles en el Ejemplo 2.Other details are provided in the Example 2.
Ejemplo 2Example 2
La absorción de gas ejecutada usando gas N_{2} en un sistema de absorción de gas Autosorb AS6B-KR Quantachrome de seis puertos. El instrumentó determinó las isotermas volumétricamente por medio de un método estático discontinuo a 77,4 K [1]. Como gas adsortivo se usó N_{2} con un área molecular transversal de 0,162 nm^{2} [2].The absorption of gas executed using gas N2 in an Autosorb AS6B-KR gas absorption system Quantachrome six ports. The instrument determined the volumetric isotherms by means of a static method discontinuous at 77.4 K [1]. As adsorptive gas, N 2 was used with a transverse molecular area of 0.162 nm2 [2].
Antes de la adsorción de N_{2} todas las muestras fueron desgasificadas (i.e. exponiendo los monolitos a una presión al vacío inferior a 1 Pa a temperatura elevada) a 100ºC durante la noche (aprox. 16-20 horas). Esto se hizo para eliminar de las superficies de la muestra gases adsorbidos físicamente, en particular, el vapor de agua [2]. Las áreas de superficie específicas se determinaron con respecto a las masas de las muestras desgasificadas.Before the adsorption of N 2, all samples were degassed (i.e. exposing the monoliths to a vacuum pressure less than 1 Pa at elevated temperature) at 100 ° C overnight (approx. 16-20 hours). This is made to remove adsorbed gases from the sample surfaces physically, in particular, water vapor [2]. The areas of specific surface areas were determined with respect to the masses of Degassed samples.
Cada isoterma comprendía un mínimo de de 20 puntos de adsorción y 20 de desorción medidos en equilibrio. Para el cálculo del área superficial BET se usaron al menos 4 puntos de adsorción en la escala de presión relativa 0,05 <P/P_{0} <0,30 (donde P_{0} es la presión de vapor saturado) [3] [4]. Se comprobó en cada caso que la pendiente y la ordenada en el origen de la recta de regresión de los puntos BET fuera positiva y que los coeficientes correlativos de regresión lineal no fueran inferiores a 0,99991 [1]. Se obtuvieron tres isotermas de cada composición para asegurar que los datos fueran representativos. A partir de la cantidad de nitrógeno tomada por la muestra en una escala de presión relativa de 0,994 < P/P_{0} < 0,999 se pudo calcular el volumen de poro específico [1]. Las distribuciones del tamaño de poro se calcularon usando el método BJH con los datos de desorción [5].Each isotherm comprised a minimum of 20 adsorption and 20 desorption points measured in equilibrium. For the BET surface area calculation was used at least 4 points of adsorption on the relative pressure scale 0.05 <P / P 0 <0.30 (where P_ {0} is the saturated vapor pressure) [3] [4]. Be verified in each case that the slope and the orderly one at the origin of the regression line of the BET points were positive and that the correlation coefficients of linear regression were not less than 0.99991 [1]. Three isotherms of each composition were obtained for ensure that the data were representative. From the amount of nitrogen taken by the sample on a scale of relative pressure of 0.994 <P / P_0 <0.999 could be calculated the specific pore volume [1]. The size distributions of pore were calculated using the BJH method with the desorption data [5].
Las isotermas mostradas en la Figura 2 son las que se obtuvieron para el vidrio derivado de fusión 45S5 y para los polvos de vidrio de sol-gel. El vidrio derivado de fusión mostró una adsorción muy reducida, formación principalmente en una sola capa seguida de saturación, revelando unos niveles insignificantes de porosidad. Por el contrario, la isoterma de la muestra de 58S corresponde al Tipo IV de la clasificación IUPAC, que indica que los adsorbentes porosos poseen poros con un radio en la escala de 20 a 500 \ring{A} (diámetro en la escala de 4 a 100 nm) (i.e. las muestras son mesoporoas) [3]. La histéresis en la zona multicapa de la isoterma está asociada a la condensación capilar de N_{2} durante el llenado y vaciado de los mesoporos de la estructura. El bucle de histéresis observado aquí es del tipo H1 [3]. Esto indica que los materiales analizados contenían poros cilíndricos abiertos.The isotherms shown in Figure 2 are the which were obtained for the 45S5 fusion derivative glass and for the sol-gel glass powders. The glass derived from fusion showed a very reduced adsorption, mainly formation in a single layer followed by saturation, revealing some levels insignificant porosity. On the contrary, the isotherm of the 58S sample corresponds to Type IV of the IUPAC classification, which indicates that porous adsorbents have pores with a radius in the 20 to 500 Å scale (diameter on the 4 to 100 nm scale) (i.e. the samples are mesoporoas) [3]. Hysteresis in the area multilayer of the isotherm is associated with capillary condensation of N_ {2} during the filling and emptying of the mesopores of the structure. The hysteresis loop observed here is of type H1 [3]. This indicates that the analyzed materials contained pores open cylindrical
En la Figura 3 se representa la distribución de tamaño de poro en los geles vítreos, calculada usando el model BJH [5] en la rama de desorción de la isoterma N_{2}.Figure 3 shows the distribution of Pore size in the vitreous gels, calculated using the BJH model [5] in the desorption branch of the isotherm N2.
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Este listado de referencias citadas por el solicitante tiene como único fin la conveniencia del lector. No forma parte del documento de la Patente Europea. Aunque se ha puesto gran cuidado en la compilación de las referencias, no pueden excluirse errores u omisiones y la OEP rechaza cualquier responsabilidad en este sentido. This list of references cited by the applicant is solely for the convenience of the reader. It is not part of the European Patent document. Although great care has been taken in the compilation of references, errors or omissions cannot be excluded and the EPO rejects any responsibility in this regard .
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\bulletCHAYEN et al. Appl. Cryst., 1990, vol. 23, 297. CHAYEN et al . Appl. Cryst ., 1990 , vol. 23, 297.
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Claims (23)
- (1)(one)
- cristalizar la macromolécula en presencia de un vidrio mesoporoso como se ha definido en la Reivindicación 1 ó 2; ycrystallize the macromolecule in presence of a mesoporous glass as defined in the Claim 1 or 2; Y
- (2)(2)
- analizar la estructura cristalina del vidrio producido en el paso (1).analyze the crystal structure of glass produced in step (1).
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